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WO2008125494A1 - Vorrichtung zum schutz von umrichtermodulen - Google Patents

Vorrichtung zum schutz von umrichtermodulen Download PDF

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Publication number
WO2008125494A1
WO2008125494A1 PCT/EP2008/053925 EP2008053925W WO2008125494A1 WO 2008125494 A1 WO2008125494 A1 WO 2008125494A1 EP 2008053925 W EP2008053925 W EP 2008053925W WO 2008125494 A1 WO2008125494 A1 WO 2008125494A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
vacuum interrupter
submodule
short
power semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/053925
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg DORN
Werner Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to US12/596,159 priority Critical patent/US8390968B2/en
Priority to CN200880012451XA priority patent/CN101669184B/zh
Priority to EP08735682A priority patent/EP2137749A1/de
Priority to JP2010503447A priority patent/JP5241820B2/ja
Priority to BRPI0810069A priority patent/BRPI0810069B8/pt
Publication of WO2008125494A1 publication Critical patent/WO2008125494A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H79/00—Protective switches in which excess current causes the closing of contacts, e.g. for short-circuiting the apparatus to be protected
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Definitions

  • the invention relates to a device with a series connection of submodules, which have a power semiconductor circuit and an energy store in parallel to the power semiconductor circuit, each submodule being assigned a short-circuit device for short-circuiting the submodule.
  • turn-off power semiconductors are used to convert AC voltage to DC and vice versa.
  • the voltage level ranges from a few 10 kV up to several 100 kV.
  • many equipped with power semiconductor chips semi ⁇ conductor modules are connected in series semiconductors.
  • Various semi ⁇ conductor modules can also be interconnected to form a power semiconductor circuit.
  • power semiconductor circuits are part of a two-pole submodule, wherein the submodules are connected in series.
  • the error- ⁇ -like semiconductor module or submodule is bridged.
  • a short-circuit device is used. This short-circuit device must have a lifetime during the lifetime of the system Have dielectric strength in the amount of operating voltage of a semi ⁇ conductor module and hold even in operation occasionally occurring surges.
  • the current carrying capacity of the short-circuit device must be designed for the maximum assumed average operating current of the submodule. This is typically 100 A to about 1000 A.
  • power semiconductors are usually used in so-called press-pack design, in particular in high-voltage direct-current converters, in which an internal short-circuit of a semiconductor component leads to a low-impedance short-circuit with only low heat generation.
  • the faulty semiconductor module is alloyed, so that no further protection in the form of a short-circuit device is necessary.
  • an internal failure of a semiconductor module leads to the formation of an arc, which must be switched off within a short time of typically about 1 ms in order to prevent further damage and fire triggering .
  • the generic device is already known from DE 103 23 220 Al. There, an inverter is described, which having for connection to a multiple phase alternating tension ⁇ voltage line is provided.
  • the inverter has phase modules that have a central AC terminal and two external AC terminals. Between the central AC terminal and each external AC terminal extends a Phasenmodul- branch, each phase module branch consists of a series circuit of submodules. Each submodule has its own capacitor, which is connected in parallel with a power semiconductor circuit. IeI is switched.
  • the power semiconductor circuit includes turn-off power semiconductor, which is a free-wheeling diode is ⁇ respectively in opposite directions in parallel.
  • Such a converter is also referred to as a multilevel inverter.
  • the power semiconductors of a semiconductor module are not connected to each other by pressure contact. Rather, it is more cost-effective bonded semiconductor modules, so that a short circuit within the semiconductor or Submo ⁇ duls can lead to the occurrence of an arc with explosive ⁇ onsgasen and the like in the wake.
  • the defective submodule is short-circuited and in this way bridged in the series connection.
  • the submodule is a
  • Short-circuit device connected in parallel, which includes a sacrificial ⁇ element of semiconductors or a thyristor.
  • the sacrificial component alloyed in case of failure, where it is destroyed.
  • the thyristor is ignited in the event of a fault and carries a significant portion of the short-circuit current.
  • the prior art device is expensive due to the additional power semiconductors used.
  • the device comprises a short-circuit device which is a pyrotechnic-mechanical element.
  • the pyrotechnic-mechanical element gezün ⁇ det, whereby the explosive device such as a switching pin explosively accelerated so that the faulty submodule is bridged.
  • the object of the invention is to provide a device of the type described at the outset which is inexpensive and at the same time enables secure bridging of a faulty submodule.
  • the invention solves this problem in that the short-circuiting device is a vacuum interrupter.
  • a semi-conductor ⁇ as in the prior art or an air switching path but a vacuum interrupter ⁇ is not used.
  • Such vacuum interrupters are manufactured in large quantities and are therefore available on the market at low cost.
  • commercially available vacuum interrupters ⁇ for the low voltage have the required electrical parameters, and are also suitable due to their size as a short-circuiting device for the sub-modules of a power converter.
  • Vacuum switching sections have a particularly high dielectric insulation capacity, so that the switching path between the contacts of the vacuum interrupter tube can be kept very small. This has the effect that the accelerating forces for transferring the vacuum interrupter from a disconnected position to a contact position can also be low.
  • a release and Verklinkungsaku is provided for latching the vacuum interrupter in a disconnected position and to release the latch.
  • the tripping and latching unit holds a movable guided moving contact of the vacuum interrupter in a disconnected position in which a flow of current through the vacuum interrupter is interrupted.
  • this tripping and latching unit triggers, the vacuum interrupter is transferred to its contact position, in which it bridges the submodule.
  • a closing spring is provided, which is stretched in the disconnected position of the vacuum interrupter, so that the spring force of the closing spring for transferring the vacuum interrupter is released into its Needlesstel ⁇ treatment by releasing the latch.
  • the tripping and latching unit has a permanent magnet, which provides a latching force ⁇ , and a solvent, which counteracts when releasing the Verklin ⁇ effect of the holding force.
  • the solvent is an electric coil.
  • the electric coil is energized to close the vacuum interrupter.
  • By energizing the electric coil generates a magnetic field, which is opposite to the magnetic field of the permanent magnet.
  • a holding force of the Perma ⁇ mag- nets is weakened by energizing the electric coil so that due to the closing forces the vacuum interrupter is transferred into their contact position.
  • the tripping and latching unit has a magnetic yoke and a movably guided armature, wherein the yoke is connected to the permanent magnet and the armature in the disconnected position closes a magnetic circuit.
  • the yoke, the permanent magnet and the armature form a magnetic circuit in the latching point.
  • the armature bridges an air gap ⁇ and is firmly supported on the yoke or on the permanent magnets ⁇ th. In this position, the magnetic field of the permanent magnet spreads in the advantageously from weichmag- made of magnetic material yoke and in this respect movable anchor.
  • the armature is expediently connected directly or via a suitable lever mechanism with a moving contact of the vacuum interrupter. A movement of the armature is thus introduced directly into the moving contact of the vacuum interrupter.
  • the electric coil is configured for weakening the magnetic force of the permanent magnet in the magnetic circuit ⁇ . If the magnetic force of the permanent magnet is weakened, the magnetic force opposing forces, which are aligned for transferring the moving contact in the contact position, stronger than the magnetic force. It thus comes to closing the vacuum ⁇ interrupter and thus to a short circuit of the submodule.
  • the power semiconductor circuit is a full bridge circuit.
  • Each of these turn-off power semiconductors is a freewheeling diode connected in parallel in opposite directions.
  • Each sub-module is a two pole out ⁇ leads.
  • At the terminals of each submodule in the case of a full bridge circuit, as already described in connection with the prior art, either the voltage dropping across the energy store, a zero voltage or the inverted energy storage voltage can be generated.
  • the power semiconductor circuit is a half-bridge circuit.
  • Such half-bridge circuits have only two turn-off power semiconductor on which a respective freewheeling diode is connected in parallel in opposite directions ge ⁇ again.
  • a half bridge circuit as Example ⁇ as Marquardt-circuit gron- each submodule nen at the two terminals, either the falling in the energy storage of the submodule voltage or a zero voltage is generated.
  • the device is a power converter, which has an AC voltage connection for connecting an AC voltage network ⁇ .
  • Possible applications of such devices are in the field of so-called “Flexible AC Transmission Systems” short FACTS or in the field of high voltage direct current transmission HVDC.
  • the vacuum interrupter is designed so that it can be transferred without drift from the disconnected position in a contact position upon release of the latch, in which the submodule is short-circuited.
  • the vacuum interrupter is transferred from its disconnected position into the contact position essentially solely on account of the pressure difference which prevails between the interior of the vacuum interrupter and the outside atmosphere.
  • a flow of current through the vacuum interrupter is enabled, whereas in the disconnected position, a flow of current through the vacuum interrupter is interrupted.
  • the pressure inside the vacuum interrupter is about 10 ⁇ 6 Pa.
  • a small auxiliary spring is provided through which an additional auxiliary force to close the contact he testifies ⁇ .
  • a drive ⁇ unit is provided. The drive unit enables targeted switching of the vacuum interrupter.
  • FIG. 2 shows a phase module branch with a series connection of submodules
  • FIG. 3 shows an embodiment of a vacuum interrupter in a sectional side view
  • FIG. 4 shows the vacuum interrupter according to FIG. 3 with a tripping and latching unit
  • Figure 5 is an electronic control for driving the coil of the tripping and Verklinkungsaku according to Figure 4.
  • Figure 6 show a further embodiment of a elekt ⁇ ronic control for the electric coil according to Figure 4.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device 1 according to the invention, which is composed of three phase modules 2a, 2b and 2c.
  • Each phase module 2a, 2b and 2c is connected to a positive DC voltage line p and to a negative gative DC voltage line n, so that each phase module 2a, 2b, 2c has two DC voltage terminals p and n.
  • an AC voltage connection 3 3 2 and 3 3 are provided for each phase module 2a, 2b and 2c.
  • the AC voltage terminals 3i, 3 2 and 3 3 are connected via a transformer 4 with a three-phase AC voltage network 5.
  • the phase voltages Ul, U2 and U3 fall off, with line currents InI, In2 and In3 flowing.
  • phase module branches 6pl, 6p2 and 6p3 extend between each of the AC voltage terminals 3i, 3 2 or 3 3 and the positive DC voltage line p. Between each AC voltage terminal 3i, 3 2 , 3 3 and the negative DC voltage line n, the phase module branches 6nl, 6n2 and 6n3 are formed.
  • Each Phasenmodul- branch 6pl, 6p2, 6p3, 6nl, 6n2 and 6n3 consists of a Rei ⁇ hensciens from not shown in detail in Figure 1 submodules and an inductance, which is designated in Figure 1 with L Kr .
  • each submodule T2 7 has two ge ⁇ switched in series off power semiconductors Tl and ⁇ .
  • Switchable power semiconductors are, for example, so-called IGBTs, GTOs, IGCTs or the like. These are known to the skilled person as such, so that a detailed representation at this point can be omitted.
  • Each turn-off power semiconductor Tl, T2 is a flywheel diode Dl, D2 connected in anti-parallel.
  • a capacitor 8 is connected as an energy storage. Each capacitor 8 is charged unipolar. Two voltage states can now be generated at the connection terminals X1 and X2 of each submodule 7. If, for example, a drive signal is generated by a drive unit 9, with which the turn-off power semiconductor T2 is transferred to its passage position in which a current flow is made possible via the power semiconductor T2, the voltage zero drops at the terminals X1, X2 of the submodule 7. In this case, the turn-off power semiconductor Tl is in its blocking position in which a current flow through the turn-off power semiconductor Tl is interrupted. This prevents the discharge of the capacitor 8. However, if the turn-off power semiconductor Tl in its passage ⁇ position, the turn-off power semiconductor T2, however, transferred to its blocking position, is applied to the terminals Xl, X2 of the submodule 7, the full capacitor voltage Uc.
  • the embodiment of the device according to the invention according to Figures 1 and 2 is also referred to as a so-called multi-level power converter.
  • a multi-level power converter is suitable, for example, for driving electrical machines, such as motors or the like.
  • a multilevel converter is also suitable for use in the field of power distribution and transmission.
  • the device according to the invention is used in play ⁇ as a short coupling, which consists of two mutually interconnected DC converters, wherein the converters are each connected to an alternating voltage network.
  • Such short couplings are used for energy exchange between two power distribution networks, wherein the power distribution networks, for example, a different ⁇ frequency, phase, neutral treatment or have the like.
  • each sub-module 7 is a vacuum interrupter 100 is connected as Kurz practitionerrich ⁇ processing.
  • the vacuum switch tube 100 shown only schematically is in its disconnected position, so that a short circuit between the connection terminals X1 and X2 of the associated submodule 7 is avoided.
  • FIG. 3 shows the vacuum interrupter 100 in a sectional side view.
  • the vacuum interrupter 100 has a vaku ⁇ um réelles housing, which is formed by a first metallic Ge ⁇ housing part 141, a second metallic housing part 142 and an annular ceramic insulator and a metal bellows. In said loading excluded from the components inside the vacuum interrupter 100 prevails in a ⁇ nentik of about 10 -6 Pa. In other words, a vacuum is applied inside the vacuum interrupter 100.
  • the second metallic housing member 142 is penetrated by a hard ⁇ contact pin 111, carrying a fixed contact 101 at its 100 disposed inside the vacuum switch tube free end.
  • the fixed contact 101 is associated with a moving contact 102 which is opposite to this in a longitudinal direction and is fixedly connected to a BewegTypebolzen 112.
  • the Beweg.bolzen 112 is longitudinally movably guided with respect to the fixed contact 101, wherein the BewegCountbolzen 112, however, is vacuum-tightly connected to the metal bellows 120.
  • the fixed contact pin 101 has an indicated in Figure 3 internal thread, which is used for electrical ⁇ connection of the first terminal of an associated submodule. Accordingly, the BewegCountbol ⁇ zen 112 has an internal thread for conductive attachment of the second terminal of the submodule.
  • FIG. 3 shows the vacuum interrupter 100 in its disconnected position, in which the moving contact 102 is spaced from the fixed contact 101 by a contact gap 150.
  • the applied vacuum on a high electrical Isolationsvermö ⁇ conditions so that even the shown small contact gap 150 is sufficient to provide the necessary dielectric strength of the vacuum interrupter 100 in the disconnected position at high voltage.
  • FIG. 4 shows the vacuum interrupter 100 with their Festkon ⁇ clock pin 111 and its BewegCountbolzen 112, wherein the BewegCountbolzen 112 determines se- with an armature 310 of a tripping and Verklinkungsaku is connected 300th
  • the tripping and Verklinkungsappel 300 comprises a permanent magnet 330, a soft magnetic yoke 320, which is connected with the permanent ⁇ magnets 330, said armature 310 and an electric coil 340.
  • the mag- netic field generated by the permanent magnet 330 is committed, in a Material limbabrei ⁇ th, which has the lowest possible magnetic resistance.
  • the armature 310 and the yoke 320 have a low magnetic resistance compared to the air.
  • the armature 310 endeavors to close the air gap 335 which can be recognized between the yoke 320 or the permanent magnet 330 and the armature 310.
  • the BewegCountbolzen 112 and thus the moving contact 102 is held by the force of the permanent magnet 330 in the disconnected position.
  • FIG. 5 shows an electronic control 400 for the E- lektrospule 340 of Figure 4.
  • the electronic control 400 includes a power supply 410, an electronically anêtba ⁇ ren closing switch 420, a terminal for triggering the closing switch 420 and an energy store 430.
  • the lock switch 420 is For example, a controllable power semiconductor, such as a thyristor or IGBT. If the closing switch 420 is closed or transferred into its open position, the energy accumulator 430 discharges with a short-circuit current flowing via the electric coil 340. Due to the short-circuit current, the electromagnet coil 340 generates such a high Mag ⁇ netfeld that the armature 30 breaks away from the magnetic yoke.
  • FIG 6 shows a different embodiment of the Auslö ⁇ se- and locking unit 300, wherein the trigger and latch assembly 300 comprises as shown in FIG 6 no permanent magnet. Instead, the generated to hold the moving contact bolt ⁇ necessary holding force only by the magnetic force of the coil. In normal operation, the coil is why he encourages ⁇ . For bridging the submodule 7, however, the switch 420 is transferred to its disconnected position, so that the energization of the electric coil 340 is prevented. Thus losing the Hal ⁇ tekraft so that it comes to tearing of the anchor and so ⁇ with to close the vacuum interrupter 100 due to the above-described clamping force.

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Abstract

Um Vorrichtung (1) mit einer Reihenschaltung von Submodulen (7), die über eine Leistungshalbleiterschaltung (Tl, T2, Dl, D2) und einen Energiespeicher (8) in Parallelschaltung zur Leistungshalbleiterschaltung (Tl, T2, Dl, D3) verfügen, wobei jedem Submodul (7) eine Kurzschlusseinrichtung zum Kurzschließen des Submoduls zugeordnet ist, bereitzustellen, die kostengünstig ist und gleichzeitig ein sicheres Überbrücken eines fehlerhaften Submoduls (7) ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Kurzschlusseinrichtung eine Vakuumschaltröhre (100) ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Schutz von Umrichtermodulen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Reihenschaltung von Submodulen, die über eine Leistungshalbleiterschaltung und einen Energiespeicher in Parallelschaltung zur Leistungshalbleiterschaltung verfügen, wobei jedem Submodul eine Kurzschlusseinrichtung zum Kurzschließen des Submoduls zugeordnet ist.
Bei Spannungszwischenumrichtern in Serienschaltung und insbesondere bei Umrichtern für die Hochspannungsgleichstromübertragung im Rahmen der Energieverteilung und -Übertragung, werden abschaltbare Leistungshalbleiter verwendet, um Wechselspannung in Gleichspannung und umgekehrt umzuwandeln. Das Spannungsniveau reicht hier von einigen 10 kV bis zu mehreren 100 kV. Um eine entsprechend hohe Spannung zu erreichen, müs¬ sen wegen der begrenzten Spannungsfestigkeit der Leistungs- halbleiter viele mit Leistungshalbleiterchips bestückte Halb¬ leitermodule in Reihe geschaltet werden. Verschiedene Halb¬ leitermodule können auch unter Ausbildung einer Leistungshalbleiterschaltung miteinander verschaltet sein. Insbesondere bei so genannten Multilevel-Stromrichtern sind solche Leistungshalbleiterschaltungen Teil eines zwei Pole aufweisenden Submoduls, wobei die Submodule in Reihe geschaltet sind. Im Dauerbetrieb kann es vorkommen, dass eines dieser Halbleitermodule oder das gesamte Submodul dielektrisch ver¬ sagt und einen internen Kurzschluss ausbildet. Um ein Versa- gen der gesamten Anlage bei Ausfall eines einzigen Halblei¬ termoduls oder eines Submoduls zu vermeiden, wird das fehler¬ hafte Halbleitermodul beziehungsweise Submodul überbrückt. Hierzu dient eine Kurzschlusseinrichtung. Diese Kurzschluss¬ einrichtung muss während der Lebensdauer der Anlage eine Spannungsfestigkeit in Höhe der Betriebsspannung eines Halb¬ leitermoduls aufweisen und auch im Betrieb gelegentlich auftretenden Überspannungen Stand halten. Die Stromtragfähigkeit der Kurzschlusseinrichtung muss auf den maximal anzunehmenden mittleren Betriebsstrom des Submoduls ausgelegt sein. Dieser beträgt typischerweise 100 A bis etwa 1000 A.
Aus dem Stand der Technik werden insbesondere bei Hochspannungsgleichstromumrichtern meistens Leistungshalbleiter in so genannter Press-Pack-Ausführung eingesetzt, bei denen ein interner Kurzschluss eines Halbleiterbauelements zu einem nie- derohmigen Kurzschluss mit nur geringer Wärmeentwicklung führt. Das fehlerhafte Halbleitermodul legiert mit anderen Worten durch, so dass kein weiterer Schutz in Form einer Kurzschlusseinrichtung notwendig ist.
Bei Einsatz von kostengünstigeren gebondeten Leistungshalbleitern in Modulbauweise führt ein internes Versagen eines Halbleitermoduls zur Bildung eines Lichtbogens, welcher in- nerhalb einer kurzen Zeit von typischerweise einer etwa lms abgeschaltet werden muss, um weitere Schäden und Brandauslö¬ sung zu verhindern.
Die gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 103 23 220 Al bereits bekannt. Dort ist ein Umrichter beschrieben, der zum Anschluss an eine mehrere Phasen aufweisende Wechselspan¬ nungsleitung vorgesehen ist. Der Umrichter verfügt über Phasenmodule, die einen mittigen Wechselspannungsanschluss und zwei äußere Wechselspannungsanschlüsse aufweisen. Zwischen dem mittigen Wechselspannungsanschluss und jedem äußeren Wechselspannungsanschluss erstreckt sich ein Phasenmodul- zweig, wobei jeder Phasenmodulzweig aus einer Reihenschaltung von Submodulen besteht. Jedes Submodul weist einen eigenen Kondensator auf, dem eine Leistungshalbleiterschaltung paral- IeI geschaltet ist. Die Leistungshalbleiterschaltung umfasst abschaltbare Leistungshalbleiter, denen jeweils eine Frei¬ laufdiode gegensinnig parallel geschaltet ist. Jeder ab¬ schaltbare Leistungshalbleiter und die ihm jeweils zugeordne- te Freilaufdiode sind zu einem Halbleitermodul zusammenge- fasst. Mehrere Halbleitermodule sind miteinander verschaltet und bilden eine so genannte Vollbrückenschaltung aus, so dass an den beiden Anschlussklemmen des jeweiligen Submoduls entweder die an dem Kondensator abfallende Spannung, eine NuIl- Spannung oder die invertierte Kondensatorspannung abfällt.
Ein solcher Umrichter wird auch als Multilevel-Umrichter bezeichnet. Die Leistungshalbleiter eines Halbleitermoduls sind nicht durch Druckkontakt miteinander verbunden. Vielmehr handelt es sich um kostengünstigere gebondete Halbleitermodule, so dass ein Kurzschluss innerhalb des Halbleiter- oder Submo¬ duls zum Auftreten eines Lichtbogens führen kann mit Explosi¬ onsgasen und dergleichen im Gefolge. Um dem Lichtbogen die treibende Spannung zu entziehen, wird das fehlerhafte Submo- dul kurzgeschlossen und auf diese Weise in der Reihenschal- tung überbrückt. Zum Kurzschließen ist dem Submodul eine
Kurzschlusseinrichtung parallel geschaltet, die ein Opferbau¬ element aus Halbleitern oder aber einen Thyristor umfasst. Das Opferbauelement legiert im Fehlerfall durch, wobei es zerstört wird. Der Thyristor wird im Fehlerfall gezündet und trägt einen wesentlichen Anteil des Kurzschlussstromes. Die vorbekannte Vorrichtung ist jedoch aufgrund der zusätzlich verwendeten Leistungshalbleiter kostenintensiv.
Aus der derzeit noch unveröffentlichten PCT/DE2006/000344 ist eine Vorrichtung zum Kurzschließen von Submodulen bekannt, wobei die Vorrichtung eine Kurzschlusseinrichtung aufweist, die ein pyrotechnisch-mechanisches Element ist. Im Kurz¬ schlussfall wird das pyrotechnisch-mechanische Element gezün¬ det, wobei der Sprengsatz beispielsweise einen Schaltstift explosionsartig beschleunigt, so dass das fehlerhafte Submo- dul überbrückt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung der eingangs gekannten Art bereitzustellen, die kostengünstig ist und gleichzeitig ein sicheres Überbrücken eines fehlerhaften Sub- moduls ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Kurz- Schlusseinrichtung eine Vakuumschaltröhre ist.
Erfindungsgemäß wird nicht wie im Stand der Technik ein Halb¬ leiter oder eine Luftschaltstrecke, sondern eine Vakuum¬ schaltröhre eingesetzt. Solche Vakuumschaltröhren werden in großen Stückzahlen gefertigt und sind daher kostengünstig auf dem Markt erhältlich. Insbesondere handelsübliche Vakuum¬ schaltröhren für die Niederspannung weisen die erforderlichen elektrischen Parameter auf und sind auch aufgrund ihrer Baugröße als Kurzschließer für die Submodule eines Stromrichters geeignet.
Vakuumschaltstrecken weisen ein besonders hohes dielektrisches Isolationsvermögen auf, so dass der Schaltweg zwischen den Kontakten der Vakuumschaltröhre sehr klein gehalten wer- den kann. Dies bewirkt, dass auch die beschleunigenden Kräfte zum Überführen der Vakuumschaltröhre von einer Trennstellung in eine Kontaktstellung ebenfalls gering ausfallen können.
Vorteilhafterweise ist eine Auslöse- und Verklinkungseinheit zum Verklinken der Vakuumschaltröhre in einer Trennstellung und zum Aufheben der Verklinkung vorgesehen. Die Auslöse- und Verklinkungseinheit hält einen beweglich geführten Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre in einer Trennstellung, in dem einen Stromfluss über die Vakuumschaltröhre unterbrochen ist. Löst diese Auslöse- und Verklinkungseinheit hingegen aus, wird die Vakuumschaltröhre in ihre Kontaktstellung überführt, in der sie das Submodul überbrückt.
Zweckmäßigerweise ist eine Schließfeder vorgesehen, die in der Trennstellung der Vakuumschaltröhre gespannt ist, so dass durch ein Lösen der Verklinkung die Federkraft der Schließfeder zum Überführen der Vakuumschaltröhre in ihre Kontaktstel¬ lung freigesetzt wird.
Vorteilhafterweise weist die Auslöse- und Verklinkungseinheit einen Permanentmagneten, der eine Verklinkungskraft bereit¬ stellt, und ein Lösemittel auf, das beim Lösen der Verklin¬ kung der Haltekraft entgegenwirkt.
Vorteilhafterweise ist das Lösemittel eine Elektrospule . Die Elektrospule wird zum Schließen der Vakuumschaltröhre bestromt. Durch das Bestromen erzeugt die Elektrospule ein magnetisches Feld, das dem magnetischen Feld des Permanent- magneten entgegengerichtet ist. Mit anderen Worten wird durch die Bestromung der Elektrospule eine Haltekraft des Perma¬ nentmagneten geschwächt, so dass aufgrund der Schließkräfte die Vakuumschaltröhre in ihre Kontaktstellung überführt wird.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist die Auslöse- und Verklinkungseinheit ein magnetisches Joch und einen beweglich geführten Anker auf, wobei das Joch mit dem Permanentmagneten verbunden ist und der Anker in der Trennstellung einen Magnetkreis schließt. Das Joch, der Per- manentmagnet und der Anker bilden in der Verklinkungsstelle einen Magnetkreis aus. Dabei überbrückt der Anker einen Luft¬ spalt und liegt fest an dem Joch oder an dem Permanentmagne¬ ten an. In dieser Stellung breitet sich das magnetische Feld des Permanentmagneten in den vorteilhafterweise aus weichmag- netischem Material gefertigten Joch sowie dem diesbezüglich beweglichen Anker aus. Durch das Schließen des Magnetkreises in der Trennstellung ist der Magnetkreis geschlossen und ein im Vergleich zu einem Luftspalte aufweisenden Magnetkreis e- nergetisch günstiger Zustand bereitgestellt, so dass für eine magnetische Verriegelung des Ankers gesorgt ist. Dabei ist der Anker zweckmäßigerweise direkt oder über eine zweckmäßige Hebelmechanik mit einem Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre verbunden. Eine Bewegung des Ankers wird somit unmittelbar in den Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre eingeleitet.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Elektrospule zum Schwächen der Magnetkraft des Permanent¬ magneten im Magnetkreis eingerichtet. Wird die Magnetkraft des Permanentmagneten geschwächt, werden die der Magnetkraft entgegengerichteten Kräfte, die zum Überführen des Bewegkontaktes in die Kontaktstellung ausgerichtet sind, stärker als die Magnetkraft. Es kommt somit zum Schließen der Vakuum¬ schaltröhre und somit zu einem Kurzschluss des Submoduls.
Zweckmäßigerweise ist die Leistungshalbleiterschaltung eine Vollbrückenschaltung. Hierbei kommt es beispielsweise zum Einsatz von vier abschaltbaren Leistungshalbleitern, wie beispielsweise IGBTs, GTOs oder IGCTs. Jedem dieser abschaltba- ren Leistungshalbleiter ist eine Freilaufdiode gegensinnig parallel geschaltet. Jedes Submodul ist als Zweipol ausge¬ führt. An den Anschlussklemmen jedes Submoduls kann im Falle einer Vollbrückenschaltung, wie bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben, entweder die an dem Ener- giespeicher abfallende Spannung, eine Nullspannung oder die invertierte Energiespeicherspannung erzeugt werden.
Abweichend davon ist die Leistungshalbleiterschaltung eine Halbbrückenschaltung. Solche Halbbrückenschaltungen weisen lediglich zwei abschaltbare Leistungshalbleiter auf, denen wieder jeweils eine Freilaufdiode gegensinnig parallel ge¬ schaltet ist. Mit einer Halbbrückenschaltung, die beispiels¬ weise auch als Marquardt-Schaltung bekannt geworden ist, kön- nen an den zwei Anschlussklemmen jedes Submoduls entweder die in dem Energiespeicher des Submoduls abfallende Spannung oder aber eine Nullspannung erzeugt werden.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung ein Stromrichter, der einen Wechselspannungsanschluss zum Anschluss eines Wechsel¬ spannungsnetzes aufweist. Mögliche Anwendungen einer solchen Vorrichtungen liegen im Bereich der so genannten „Flexible AC Transmission Systems" kurz FACTS oder im Bereich der Hochspannungsgleichstromübertragung HGÜ .
Zweckmäßigerweise ist die Vakuumschaltröhre so ausgestaltet, dass diese bei Aufhebung der Verklinkung antriebslos von der Trennstellung in eine Kontaktstellung überführbar ist, in der das Submodul kurzgeschlossen ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird die Vakuumschaltröhre im Wesentlichen allein aufgrund der Druckdifferenz, die zwischen dem Inneren der Vakuumschaltröhre und der Außenatmosphäre herrscht, von ihrer Trennstellung in die Kontaktstellung überführt. In der Kontaktstellung ist ein Stromfluss über die Vakuumschaltröhre ermöglicht, wohingegen in der Trennstellung ein Stromfluss über die Vakuumschaltröhre unterbrochen ist. Zu der sich auf¬ grund der besagten Druckdifferenz ergebenen Kraft tritt in der Regel auch die Spannkraft eines Faltenbalgs, der mit dem Bewegkontakt verbunden ist. In markterhältlichen Vakuum- schaltröhren herrscht im Inneren der Vakuumschaltröhre ein Druck von etwa 10~6 Pa. Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung ist eine kleine Hilfsfeder vorgesehen, durch die eine zusätzliche Hilfskraft zum Schließen der Kontakt er¬ zeugt . In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft, wenn eine Antriebs¬ einheit vorgesehen ist. Die Antriebseinheit ermöglicht ein gezieltes Schalten der Vakuumschaltröhre.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugzeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 ein Phasenmodulzweig mit einer Reihenschaltung von Submodulen,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vakuumschaltröhre in einer geschnittenen Seitenansicht,
Figur 4 die Vakuumschaltröhre gemäß Figur 3 mit einer Auslöse- und Verklinkungseinheit ,
Figur 5 eine elektronische Ansteuerung zum Ansteuern der Spule der Auslöse- und Verklinkungseinheit gemäß Figur 4 und
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elekt¬ ronischen Ansteuerung für die Elektrospule gemäß Figur 4 zeigen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, die aus drei Phasenmodulen 2a, 2b und 2c zusammengesetzt ist. Jedes Phasenmodul 2a, 2b und 2c ist mit einer positiven Gleichspannungsleitung p sowie mit einer ne- gativen Gleichspannungsleitung n verbunden, so dass jedes Phasenmodul 2a, 2b, 2c zwei Gleichspannungsanschlüsse p und n aufweist. Ferner ist für jedes Phasenmodul 2a, 2b und 2c je¬ weils ein Wechselspannungsanschluss 3i, 32 und 33 vorgesehen. Die Wechselspannungsanschlüsse 3i, 32 und 33 sind über einen Transformator 4 mit einem dreiphasigen Wechselspannungsnetz 5 verbunden. An den Phasen des Wechselspannungsnetzes 5 fallen die Phasenspannungen Ul, U2 und U3 ab, wobei Netzströme InI, In2 und In3 fließen. Der wechselspannungsseitige Phasenstrom eines jeden Phasenmoduls wird mit II, 12 und 13 bezeichnet. Der Gleichspannungsstrom ist Id- Zwischen jedem der Wechselspannungsanschlüsse 3i, 32 oder 33 und der positiven Gleich¬ spannungsleitung p erstrecken sich Phasenmodulzweige 6pl, 6p2 und 6p3. Zwischen jedem Wechselspannungsanschluss 3i, 32, 33 und der negativen Gleichspannungsleitung n sind die Phasenmodulzweige 6nl, 6n2 und 6n3 ausgebildet. Jeder Phasenmodul- zweig 6pl, 6p2, 6p3, 6nl, 6n2 und 6n3 besteht aus einer Rei¬ henschaltung aus in Figur 1 nicht ausführlich dargestellten Submodulen und einer Induktivität, die in Figur 1 mit LKr be- zeichnet ist.
In Figur 2 ist die Reihenschaltung der Submodule 7 und insbesondere der Aufbau der Submodule durch ein elektrisches Er¬ satzschaltbild genauer dargestellt, wobei in Figur 2 ledig- lieh der Phasenmodulzweig 6pl herausgegriffen wurde. Die restlichen Phasenmodulzweige sind jedoch identisch aufgebaut. Es ist erkennbar, dass jedes Submodul 7 zwei in Reihe ge¬ schaltete abschaltbare Leistungshalbleiter Tl und T2 auf¬ weist. Abschaltbare Leistungshalbleiter sind beispielsweise so genannte IGBTs, GTOs, IGCTs oder dergleichen. Diese sind dem Fachmann als solche bekannt, so dass eine ausführliche Darstellung an dieser Stelle entfallen kann. Jedem abschaltbaren Leistungshalbleiter Tl, T2 ist eine Freilaufdiode Dl, D2 antiparallel geschaltet. Parallel zur Reihenschaltung der abschaltbaren Leistungshalbleiter Tl, T2 beziehungsweise der Freilaufdioden Dl und D2 ist ein Kondensator 8 als Energiespeicher geschaltet. Jeder Kondensator 8 ist unipolar aufgeladen. An den Anschlussklemmen Xl und X2 jedes Submoduls 7 können nunmehr zwei Spannungszustände erzeugt werden. Wird von einer Ansteuereinheit 9 beispielsweise ein Ansteuersignal erzeugt, mit dem der abschaltbare Leistungshalbleiter T2 in seine Durchgangsstellung überführt wird, in der ein Strom- fluss über den Leistungshalbleiter T2 ermöglicht ist, fällt an den Klemmen Xl, X2 des Submoduls 7 die Spannung null ab. Dabei befindet sich der abschaltbare Leistungshalbleiter Tl in seiner Sperrstellung, in der ein Stromfluss über den abschaltbaren Leistungshalbleiter Tl unterbrochen ist. Dies verhindert die Entladung des Kondensators 8. Wird hingegen der abschaltbare Leistungshalbleiter Tl in seine Durchgangs¬ stellung, der abschaltbare Leistungshalbleiter T2 jedoch in seine Sperrstellung überführt, liegt an den Klemmen Xl, X2 des Submoduls 7 die volle Kondensatorspannung Uc an.
Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 und 2 wird auch als so genannter Multi-Level- Stromrichter bezeichnet. Ein solcher Multi-Level-Stromrichter ist beispielsweise zum Antrieb elektrischer Maschinen, wie beispielsweise Motoren oder dergleichen, geeignet. Darüber hinaus eignet sich ein solcher Multilevelstromrichter auch für einen Einsatz im Bereich der Energieverteilung und - Übertragung. So dient die erfindungsgemäße Vorrichtung bei¬ spielsweise als Kurzkupplung, die aus zwei gleichspannungs- seitig miteinander verbundenen Stromrichtern besteht, wobei die Stromrichter jeweils mit einem Wechselspannungsnetz verbunden sind. Solche Kurzkupplungen werden zum Energieaustausch zwischen zwei Energieverteilungsnetzen eingesetzt, wobei die Energieverteilungsnetze beispielsweise eine unter¬ schiedliche Frequenz, Phasenlage, Sternpunktbehandlung oder dergleichen aufweisen. Darüber hinaus kommen Anwendungen im Bereich der Blindleistungskompensation, als so genannte FACTS (Flexible AC Transmission Systems) in Betracht. Auch die Hochspannungsgleichstromübertragung über lange Strecken hin- weg ist mit solchen Multilevelstromrichtern denkbar. Aufgrund der Fülle der unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich viele unterschiedliche Betriebsspannungen, an welche die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung anzupassen ist. Aus diesem Grunde kann die Anzahl der Submodule von einigen wenigen bis hin zu mehreren hundert Submodulen 7 variieren.
Wie bereits weiter oben ausführt wurde, ist es vorteilhaft, wenn ein fehlerhaftes Submodul innerhalb weniger Millisekun¬ den nach Auftreten des Fehlers kurzgeschlossen wird. Ein im Fehlerfall auftretender Lichtbogen wird dann gelöscht, bevor größere Schäden auftreten können. Zum Kurzschließen der Submodule ist zwischen den Anschlussklemmen Xl und X2 jedes Sub- moduls 7 eine Vakuumschaltröhre 100 als Kurzschlusseinrich¬ tung geschaltet. Im Normalbetrieb befindet sich die nur sche- matisch dargestellte Vakuumschaltröhre 100 in ihrer Trenn¬ stellung, so dass ein Kurzschluss zwischen den Anschlussklemmen Xl und X2 des zugeordneten Submoduls 7 vermieden ist.
Figur 3 zeigt die Vakuumschaltröhre 100 in einer geschnitte- nen Seitenansicht. Die Vakuumschaltröhre 100 weist ein vaku¬ umdichtes Gehäuse auf, das von einem ersten metallischen Ge¬ häuseteil 141, einem zweiten metallischen Gehäuseteil 142 sowie einem ringförmigen Keramikisolator und einem Metallfaltenbalg gebildet ist. In dem von den besagten Bauteilen be- grenzten Innenraum der Vakuumschaltröhre 100 herrscht ein In¬ nendruck von etwa 10~6 Pa. Mit anderen Worten ist im Inneren der Vakuumschaltröhre 100 ein Vakuum angelegt. Das zweite metallische Gehäuseteil 142 wird von einem Fest¬ kontaktbolzen 111 durchgriffen, der an seinem im Inneren der Vakuumschaltröhre 100 angeordneten freien Ende einen Festkontakt 101 trägt. Dem Festkontakt 101 ist ein Bewegkontakt 102 zugeordnet, der diesem in einer Längsrichtung gegenüber liegt und mit einem Bewegkontaktbolzen 112 fest verbunden ist. Der Bewegkontaktbolzen 112 ist bezüglich des Festkontaktes 101 längsbeweglich geführt, wobei der Bewegkontaktbolzen 112 jedoch vakuumdicht mit dem Metallfaltenbalg 120 verbunden ist. An seinem vom Bewegkontaktbolzen 112 abgewandten Ende ist der Metallfaltenbalg 120 vakuumdicht an das erste metallische Ge¬ häuseteil 141 angefügt. Der Festkontaktbolzen 101 weist ein in Figur 3 angedeutetes Innengewinde auf, das zum elektri¬ schen Anschluss der ersten Anschlussklemme eines zugeordneten Submoduls dient. Entsprechend weist auch der Bewegkontaktbol¬ zen 112 ein Innengewinde zur leitenden Befestigung der zweiten Anschlussklemme des Submoduls auf.
In Figur 3 ist die Vakuumschaltröhre 100 in ihrer Trennstel- lung gezeigt, in der der Bewegkontakt 102 von dem Festkontakt 101 durch einen Kontaktspalt 150 beabstandet ist. Dabei weist das angelegte Vakuum ein hohes elektrisches Isolationsvermö¬ gen auf, so dass bereits der gezeigte kleine Kontaktspalt 150 ausreichend ist, um die notwendige Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre 100 in der Trennstellung bei anliegender Hochspannung bereitzustellen.
Aufgrund der großen Druckdifferenz, zwischen dem Inneren der Vakuumschaltröhre 100 und der Außenatmosphäre, kommt es zu einer Kraftwirkung 200, die in Längsrichtung des Bewegkontaktbolzens 112 wirkt und den Bewegkontakt 102 gegen den Festkontakt 101 drängt. Die Kraftwirkung 200 wird durch die Federkraft des Metallfaltenbalgs 120 unterstützt, der in der gezeigten Trennstellung vorgespannt ist und den Bewegkontakt 102 ebenfalls in Richtung des Festkontaktes 101 drängt. Zum Überführen der Vakuumschaltröhre 100 in ihre Trennstellung ist daher eine Haltekraft 240 erforderlich, die der Schlie߬ kraft aufgrund des besagten Druckunterschiedes und aufgrund der Vorspannung des Metallfaltenbalgs entgegenwirkt.
Figur 4 zeigt die Vakuumschaltröhre 100 mit ihrem Festkon¬ taktbolzen 111 und ihrem Bewegkontaktbolzen 112, wobei der Bewegkontaktbolzen 112 fest mit einem Anker 310 einer Auslö- se- und Verklinkungseinheit 300 verbunden ist. Die Auslöse- und Verklinkungseinheit 300 umfasst einen Permanentmagneten 330, ein weichmagnetisches Joch 320, das mit dem Permanent¬ magneten 330 verbunden ist, den besagten Anker 310 und eine Elektrospule 340. Das vom Permanentmagneten 330 erzeugte mag- netische Feld ist bestrebt, sich in einem Material auszubrei¬ ten, das einen möglichst geringen magnetischen Widerstand aufweist. Der Anker 310 und das Joch 320 weisen im Vergleich zur Luft einen geringen magnetischen Widerstand auf. Um einen möglichst niedrigen energetischen Zustand zu erreichen, ist der Anker 310 daher bestrebt den zwischen dem Joch 320 beziehungsweise dem Permanentmagneten 330 und dem Anker 310 erkennbaren Luftspalt 335 zu schließen. Mit anderen Worten wird der Bewegkontaktbolzen 112 und somit der Bewegkontakt 102 durch die Kraft des Permanentmagneten 330 in der Trennstel- lung gehalten. Durch zweckmäßiges Bestromen der Elektrospule 340 kommt es zur Schwächung der Kraft des Permanentmagneten 330, bis schließlich die Schließkraft größer ist als die Hal¬ tekraft des Permanentmagneten 330, so dass es zum Abreißen des Ankers 310 vom weichmagnetischen Joch 320 beziehungsweise vom Permanentmagneten 330 kommt. Dabei wird die Vakuumschalt¬ röhre 100 in ihre Kontaktstellung überführt, in der ein Stromfluss über die Vakuumschaltröhre 100 ermöglicht ist. Durch Bestromung der Elektrospule 340 kann die Vakuumschalt- röhre 100 somit eingeschaltet und somit ein zugeordnetes Sub- modul überbrückt werden.
Figur 5 zeigt eine elektronische Ansteuerung 400 für die E- lektrospule 340 aus Figur 4. Die elektronische Ansteuerung 400 umfasst ein Netzteil 410, einen elektronisch ansteuerba¬ ren Schließschalter 420, einen Anschluss zur Auslösung des Schließschalters 420 sowie einen Energiespeicher 430. Der Schließschalter 420 ist beispielsweise ein ansteuerbarer Leistungshalbleiter, beispielsweise ein Thyristor oder IGBT. Wird der Schließschalter 420 geschlossen beziehungsweise in seine Durchlassstellung überführt, kommt es zur Entladung des Energiespeichers 430 mit einem über die Elektrospule 340 fließenden Kurzschlussstrom im Gefolge. Aufgrund des Kurz- schlussstromes erzeugt die Elektrospule 340 ein so hohes Mag¬ netfeld, dass der Anker 30 vom magnetischen Joch abreißt.
Figur 6 zeigt ein abweichendes Ausführungsbeispiel der Auslö¬ se- und Verriegelungseinheit 300, wobei die Auslöse- und Ver- riegelungseinheit 300 gemäß Figur 6 keinen Permanentmagneten aufweist. Stattdessen wird die zum Halten des Bewegkontakt¬ bolzens notwendige Haltekraft allein durch die Magnetkraft der Spule erzeugt. Im Normalbetrieb wird die Spule daher er¬ regt. Zum Überbrücken des Submoduls 7 wird jedoch der Schal- ter 420 in seine Trennstellung überführt, so dass die Bestro- mung der Elektrospule 340 verhindert ist. Damit geht die Hal¬ tekraft verloren, so dass es zum Abreißen des Ankers und so¬ mit zum Schließen der Vakuumschaltröhre 100 aufgrund der oben beschriebenen Schließkraft kommt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) mit einer Reihenschaltung von Submodulen (7), die über eine Leistungshalbleiterschaltung (Tl, T2, Dl, D2) und einen Energiespeicher (8) in Parallelschaltung zur Leistungshalbleiterschaltung (Tl, T2, Dl, D2) verfügen, wobei jedem Submodul (7) eine Kurzschlusseinrichtung zum Kurzschließen des Submoduls (7) zugeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kurzschlusseinrichtung eine Vakuumschaltröhre (100) ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Auslöse- und Verklinkungseinheit (300) zum Verklinken der Vakuumschaltröhre (100) in einer Trennstellung und zum Aufheben der Verklinkung.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auslöse- und Verklinkungseinheit (300) einen Permanent¬ magneten (330), der eine Verklinkungskraft bereitstellt, und ein Lösemittel (340) aufweist, das zum Lösen der Verklinkung der Haltekraft entgegenwirkt.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Lösemittel eine Elektrospule (340) ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auslöse- und Verklinkungseinheit (300) ein magnetisches Joch (320) und einen beweglich geführten Anker (310) aufweist, wobei das Joch (320) mit dem Permanentmagneten (330) verbunden ist und der Anker (310) in der Trennstellung einen Magnetkreis schließt.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektrospule (340) zum Schwächen der Magnetkraft des Per¬ manentmagneten (330) in dem Magnetkreis eingerichtet ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leistungshalbleiterschaltung eine Vollbrückenschaltung ist .
8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Leistungshalbleiterschaltung (Tl, T2, Dl, D2) eine Halbbrückenschaltung ist.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung (1) ein Stromrichter ist, der einen Wechsel- spannungsanschluss zum Anschluss eines Wechselspannungsnetzes (5) aufweist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vakuumschaltröhre (100) so ausgestaltet ist, dass diese bei Aufhebung der Verklinkung antriebslos von der Trennstellung in eine Kontaktstellung überführbar ist, in der das Sub- modul kurzgeschlossen ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Schließfeder zum Überführen der Vakuumschaltröhre (100' in ihre Kontaktstellung.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Antriebseinheit zum Schalten der Vakuumschaltröhre (100) .
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